книги из ГПНТБ / Зимин, В. С. Стеклодувное дело и стеклянная аппаратура для физико-химического эксперимента

ГЛАВА III

ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ РАБОТЫ HA ПЛАМЕНИ ГАЗОВЫХ ГОРЕЛОК. РЕЗКА СТЕКЛА

«Умение управлять размягченной мас­ сой стекла — основное качество опыт­ ного стеклодува».

С. Ф. ВЕСЕЛОВСКІЙ

§ 15. Нагревание стекла пламенем газовых горелок

Строение и температура пламени горелки. Стеклодув обраба­

тывает стекло, нагревая его до температуры размягчения голым

(открытым) пламенем. Температура обработки стекла разного состава разная. Температура пламени, которую можно получить на газовой стеклодувной горелке, также может быть разной и за­ висит она как от состава горючей газовой смеси, так и от условий

горения. В таблице 4 приведены основные характеристики при­ меняемых горючих газов для сжигания в настольных (или руч­ ных) газовых горелках.

Чем выше теплотворная способность газа, тем большую тем­

душном дутье) улучшается полнота сгорания газа, увеличивается

скорость горения, а при этом повышается и температура пламени. Еще более улучшаются эти показатели при использовании для дутья воздуха, обогащенного кислородом, или (что еще более повышает температуру пламени) чистого кислорода. Так, если мак­ симальная температура пламени светильного газа без дутья со­

температуру, обрабатывают более тугоплавкие стекла.

Факел пламени неоднороден. Легко различить в нем три зоны:

В этой зоне происходит нагревание газа, но горения практически

41

не происходит. Самая высокая температура достигается в средней части второй зоны. Здесь происходит горение, но неполное ввиду

продукты распада молекул газа, она является восстанови­ тельной зоной. Температура третьей зоны тоже достаточно вы­ сока. Здесь имеется избыток кислорода и происходит полное сго­

рание. Третья зона является окислительной.

При обработке почти все стекла как «длинные», так и «корот­

кие» (см. § 2) нагревают во второй зоне пламени, в зоне

с наиболее высокой температурой. Однако свинцовые и эмалиевые

(цветные) стекла обрабатывают только в окислительной зоне,

так как при разогреве в других зонах свинцовые стекла чернеют,

происходит частичное восстановление окиси металла на поверх­ ности изделия. Аналогичное явление происходит и с эмалиевыми

стеклами, которые при этом меняют свой цвет.

Пламя может быть мягким и жестким. Мягкое пламя

имеет высокую температуру, оно не коптит, и для его получения в горючий газ подают больше кислорода. Воздух подают в пламя

42

При небольшом давлении в основном лишь для того, чтобы при­

дать пламени устойчивую направленность. Такое пламя плавит стекло, но не «мнет» его.

Рис. 16. Строение и температура пламени газовой горелки:

/ — зона смешивания и нагревания; 2—восстановительная зона; 3 —окисли­ тельная зона.

тоньше, более резкое. Стекло этим пламенем проминается и даже

прорывается. На жестком пламени стекла обрабатывают значи­ тельно реже.

При общем недостатке кислорода, когда в горелку совсем (или

почти совсем) не подается воздух, горение делается неполным,

температура пламени снижается и пламя становится ярким и

коптящим, так как газ при этом разлагается, и мелкие частицы продуктов разложения (углерод) накаляются, что является при­ чиной свечения пламени. Остывая, они оседают на поверхности

стекла в виде сажи.

На горелке стеклодуву приходится не только обрабатывать стекло, но спаивать стекло с металлом, сваривать стержни, про­ волоку из различных металлов и проводить другие операции. Эти приемы будут описаны в последующих главах, посвященных этим вопросам.

Отжиг стекла в пламени горелки. Обрабатывая стеклянную де­ таль на горелке, работающему часто приходится менять вели­ чину и температуру пламени. Из-за разности температуры нагрева отдельных частей в стекле возникают внутренние напряже­ ния. Для частичного снятия этих напряжений применяют обяза­ тельный (для любого стекла) тщательный отжиг (стеклодувы называют обогрев) изделия в пламени горелки. Для этого, не сни­ мая изготовленную деталь с пламени горелки, устанавливают ши­ рокое мягкое пламя (ширина его определяется габаритами

43

детали; чем больше деталь, тем шире должно быть пламя). Обо­ гревают деталь таким пламенем до тех пор, пока пламя, охваты­ вающее все обогреваемые части детали, не станет равномерным — желтым. Обычно для полного прогрева необходимо 2—5 мин в зависимости от размера детали. Затем температуру пламени постепенно снижают, уменьшая дутье и подачу кислорода вплоть до образования коптящего пламени.

Особенно тщательно следует отжигать в пламени горелки

стекла, обладающие большой вязкостью. Напряжения исчезают тем быстрее, чем меньше вязкость стекла. При плохом обогреве после остывания изделия стекло часто растрескивается. Изготов­

§ 16. Резка стекла

Резка трубок занимает важное место во всех стеклодувных

операциях. В данном параграфе разбираются наиболее распро­ страненные способы резки стекол.

Резка трубок стеклодувным ножом на излом. Почти во всех

случаях резку трубок начинают с нанесения метки — надреза стеклодувным ножом. Надрез должен быть глубоким, перпенди­ кулярным к оси трубки и занимать 1∕e—1∕s часть длины ее окруж­ ности. Произведя надрез, трубку берут руками так, чтобы надрез оказался между ними с внешней стороны трубки. После этого

трубку стараются одновременно растянуть и согнуть в месте над­

реза, при небольшом усилии она ломается точно по надрезу. Так

разрезают трубки диаметром до 15 мм.

Трубку диаметром 20—25 мм надрезают так же, но ломают

не руками, а положив ее на край стола. Надрез при этом должен находиться на верхней стороне трубки, а острая кромка стола должна приходиться с другой стороны. Одной рукой придержи­ вают конец трубки, лежащей на столе, другой берут второй ее конец и, одновременно оттягивая и изгибая, ломают трубку.

При резке трубок на излом метку — надрез лучше смачивать

водой, тогда край излома получается более ровным.

Резка трубок раскаленной стеклянной палочкой. Надрезав труб­ ку (как описано ранее), прижимают разогретый добела на го­ релке оттянутый конец стеклянной палочки к надрезу, силу нажима постепенно увеличивают; пока конец разогретой палочки горячий, нажим должен быть легким, но по мере ее остывания нажим

увеличивают до образования трещины в месте надреза.

Если трещина не прошла по всей окружности трубки, а оста­

лась только на надрезе, то конец палочки опять разогревают и прикладывают на 2—3 мм дальше от трещины по линии надреза. Трещина обязательно пойдет к нагретой палочке.

44

Этот способ применяют при резке стеклянных цельнопаяных установок, ремонте дорогостоящих приборов, когда другие спо­

собы резки не подходят.

Резка трубок при помощи асбестового шнура. Два асбестовых шнура одинаковой длины смачивают в воде и обматывают ими трубку с двух сторон на одинаковом расстоянии (4—5 мм) от места надреза. Обматывать нужно аккуратно, соблюдая парал­ лельность между полосками шнура, в противном случае разрез получится неровным. Проделав эту операцию, трубку помещают в «игольчатое» пламя горелки так, чтобы острие пламени прихо­ дилось на надрез, далее трубку равномерно вращают в пламени до образования кольцевой трещины. Этим способом разрезают стеклянные трубки любого диаметра из стекла любой термостой­

кости.

При резке кварцевых и фарфоровых трубок диаметром 40 мм и более лучше использовать узкое пламя кварцедувной горелки, вращая трубку на острие пламени до легкого потемнения асбесто­

вого шнура; после этого место нагрева следует быстро охладить,

облив трубку водой.

Электрорезка стекла. Электрорезка несколько напоминает резку

трубок металлическим крючком, нагретым на горелке (очень ста­ рый способ, которым редко сейчас пользуются). Режущим приспо­

соблением электрорезки служит нихромовая лента, накаляющаяся при пропускании электротока. Она укреплена на двух кронштей­ нах. Надрезанную трубку вращают на нагретой нихромовой ленте до образования трещины. Если трещина не образуется, то трубку, сняв с электрорезки, быстро охлаждают, например, направив на нагретую ее частъ струю воздуха (можно сильно подуть на нее). Кольцевая трещина образуется по надрезу. На электрорезке

можно очень быстро резать термостойкие трубки (кроме кварца),

изменяя реостатом температуру нагрева нити (см. § 14, рис. 14).

Резка алмазными отрезными кругами. В последние годы боль­ шое распространение получила резка стекла алмазными отрез­ ными кругами (AOK). Работу выполнить довольно просто. К вра­

щающемуся алмазному кругу подводят трубку, вращая ее в про­ тивоположном направлении и слегка прижимая к кругу. Вращать трубку следует до полного разрезания. Алмазные круги в основ­ ном используют для кварцевых и фарфоровых трубок. Можно

резать и стеклянные трубки, но обычно от этого воздерживаются ввиду большой ценности алмазного диска. Станок для резки стекла алмазными отрезными кругами описан в § 14 (рис. 15).

Резка капилляров и палочек. Толстостенные капилляры и па­ лочки диаметром от 3 до 10 мм разрезают обычным способом на излом, если их длина превышает 5—10 см. Чтобы отрезать от ка­ пилляра небольшую часть размером 10 мм и менее, применяют специальное приспособление — треугольную металлическую приз­ му (рис. 17). Капилляр кладут на одну из острых граней призмы надрезом вверх так, чтобы грань находилась точно под надрезом.

45

Затем, придерживая рукой длинную часть капилляра, резко уда­ ряют ножом по той части его, которую нужно отрезать. Капилляр откалывается точно по надрезу.

Капилляры можно резать алмазным кругом, но предвари­ тельно отверстие капилляра следует заполнить (залить) воском

Рис. 17. Металлическая призма для отрезания капилляров.

или парафином, иначе во время резки в отверстие набивается много мелкой стеклянной пыли, промыть капилляр очень трудно, а в большинстве случаев невозможно.

Резка трубок в нагретом состоянии. При изготовлении прибора

часто требуется быстро отрезать какую-нибудь трубку, не снимая прибор с пламени горелки. В этом случае участок трубки, где

нужно произвести разрез, нагревают в пламени горелки, а затем, вне пламени проведя по нагретой поверхности холодным предме­ том (нож, трубка и т. д.), получают небольшую трещину. При

небольшом нажиме или ударе по одному из концов трубки по­ лучают ровный разрез.

Разрезание тонкостенных трубок. Трубки, шарики со стенками толщиной 0,15 мм и меньше резать указанными выше способами нельзя. Такие трубки режут раскаленной платиновой, иридиевой или вольфрамовой иглой (диаметр основания иглы должен быть равным 1,5—2 мм, острие — как можно тоньше). Иглу вводят

в пламя горелки (перпендикулярно направлению пламени) и на­ гревают ее среднюю часть. Острие иглы должно выходить за

пламя на 10—15 мм. После этого, не вынимая иглу из пламени, раскаленным острием прокалывают отверстие в холодной трубке. Держа иглу в пламени одной рукой неподвижно и не вынимая ее

из проделанного отверстия, другой постепенно вращают трубку вокруг ее вертикальной оси до получения полного разреза. Трубка

разрезается или, вернее, расплавляется раскаленным острием

иглы вне пламени горелки. Лучше всего пользоваться иридиевой или платиновой иглой, так как в этом случае разрез получается чистым, а при пользовании вольфрамовой иглой на разрезе остается налет окислов вольфрама.

Естественно, игла должна иметь ручку — державу, изготовлен­

ную из материала, плохо проводящего тепло.

46

Резка стекла в размягченном состоянии. В размягченном состоя­

нии трубки режут обычными ножницами. Главное, во время резки нужно поддерживать стекло в размягченном состоянии, но так, чтобы оно не растекалось. Этим способом режут обычно толсто­ стенные трубки.

Описанные способы резки стеклянных трубок применяют при изготовлении как простых изделий, так и сложнейших приборов из стекла. От правильного выбора того или иного способа резания зависят качество и точность изготовления прибора.

§ 17. Вращение трубок в пламени горелки

Если долго нагревать трубку пламенем в одном месте, равно­ мерно вращая ее, то можно заметить, как в месте нагрева стенки постепенно утолщаются. Это объясняется тем, что под действием сил поверхностного натяжения размягченное стекло стремится со­ браться в каплю. В специальной литературе образование «на­ плыва» стекла называют осаживанием, натоплением и

накоплением стекла. Это явление необходимо правильно ис­ пользовать или предотвращать, что достигается умением вращать разогретое изделие, выбирать излишне собравшуюся стеклянную массу и т. д. (см. § 22).

При обработке трубок и заготовок важно научиться правильно нагревать их в пламени горелки, чтобы разогрев и размягчение

стекла на всем обрабатываемом участке были равномерными. Для этого прежде всего надо научиться вращать стеклянный пред­

мет с одинаковой равномерной скоростью как в одну, так и в дру­

гую сторону. Время нагрева и скорость вращения определяются величиной и формой обрабатываемой детали, величиной и темпе­ ратурой пламени, сортом стекла, а также и тем, какую операцию предстоит выполнять. Это приходит с опытом и зависит от интуи­ ции работающего. Следует помнить, что при вращении надо дер­ жать трубки (заготовки) обеими руками симметрично и как можно ближе к центру тяжести.

Известно несколько приемов вращения заготовок в пламени горелок.

Первый прием. Трубку диаметром до 40 мм помещают между большим пальцем с одной стороны и указательным и сред­

ним— с другой так, чтобы она проходила между безымянным и средним пальцами и свободно лежала между указательным и большим пальцами; мизинец при этом поддерживает безымянный палец. Вращение осуществляется большим, средним и указатель­ ным пальцами одновременно. Этим способом вращать трубку удобно только в одну сторону — от себя. Пальцы, обеспечиваю­ щие вращение, должны располагаться по отношению к плоскости

стола под углом в 30—35° (рис. 18,а).

47

Второй прием. Трубку диаметром от 40 до 100 мм (и бо­ лее) при вращении помещают между большим пальцем с одной стороны и указательным, средним и безымянным — с другой. Трубка лежит между мизинцем и большим пальцем с одной сто­ роны и остальными тремя пальцами — с другой.

Рис. 18. Вращение трубок в пламени горелки:

а — первый прием; б —второй прием; в, г—третий прием: б —вращение тяжелой заготовки на подставке; е —четвертый прием.

Вращать удобно от себя (рис. 18,6).

Третий прием. Трубку диаметром до 60 мм охватывают сверху ладонью правой руки. Левая рука держит трубку так же,

по ладонь смотрит навстречу ладони правой руки (рис. 18,в,г).

Большой палец находится с одной стороны трубки, остальные — с другой. Во вращении участвуют все пальцы руки. Вращать можно от себя и к себе.

При обработке тяжелых заготовок пользуются подставками (см. гл. II). В этом случае для удобства вращения к заготовке припаивают трубку диаметром от 15 до 40 мм, так называемую державу (рис. 18,6).

4а

Четвертый прием. Трубку диаметром от 1 до 10 мм дер­ жат на ладони между большим пальцем и всеми остальными. В этом

случае вращение осуществляют в основном большим пальцем, ко­

или даже комбинируют их. Так, когда левая рука вращает треть­

им приемом, правая — первым.

мерно и беспрерывно вращать обеими руками размягченную мас­ су стекла как в пламени горелки, так и вне его, приходит только после многих месяцев упорной тренировки за горелкой.

§ 18. Растягивание трубок

Обучение стеклодувному делу всегда начинают с растягива­ ния и оттягивания концов трубок диаметром до 30 мм. Во время

этих операций ученик одновременно приобретает навык в том,

как вращать, осаживать и сохранять какое-то время массу стекла в размягченном состоянии и в пламени горелки, и вне его.

Изготовление державы. Для удлинения детали и удобства ее об­ работки часто приходится пользоваться державами — трубками (узкими или широкими), которые припаивают к обрабатываемой заготовке. Державу можно сделать непосредственно из заготовки, оттягивая ее конец. Держава служит не только ручкой для удер­ живания и вращения заготовки, но и трубочкой, через которую раздувают размягченное стекло, поэтому для ее' изготовления используют трубки.

Иногда державы приходится оттягивать или припаивать к за­ готовке с обоих концов, такая заготовка называется пулькой

(рис. 19).

Трубки и цилиндры диаметром более 80 мм практически не­ возможно растянуть с образованием прочной державы. В этом случае державу готовят путем припаивания к заготовке трубки — державы диаметром 20—25 мм (см. § 19).

При изготовлении державы путем оттягивания конца самой заготовки сначала к размягченному в пламени концу трубки — заготовки припаивают стеклянную палочку (штабик) или более узкую трубку. После этого, продолжая нагревать место спая на пламени горелки, припаянную палочку выводят по центру торца трубки, подлежащей оттягиванию. Затем, отступя 20—30 мм от места спая, трубку разогревают до размягчения и вращают в пла­ мени до образования в месте нагрева небольшого толстостенного шарика или цилиндра. Разогретую трубку выносят из пламени,

49